POMPE A EAU

Diamètre du plongeur 1*080

Section 0- « 8689

Course maximum r ' 2"" 393

Volume engendré par coup simple. ^../. 2"'<^ 072

Hauteur verticale de la colonne d*eau soulevée. 48 mètres.

Hauteur moyenne de l'aspiration 8 id.

Hauteur totale de rascension 80 id.

Résultat pratique du fonctionnement. — Tous les jours on note avec le plus grand soin le volume d'eau élevé, le nombre de coups de piston de chaque machine (un compteur spécial est appliqué à chacune d'elles à cet effet), et la quantité de houille brûlée. Ce contrôle incessant permet d'apprécier tout à la fois le produit direct dç la machine, son effet utile, le soin apporté à $a conduite, et, par comparaison, la qualité du corfibnslible employé.

On comprend aisément que ces résultats journaliers ne sont pas complètement identiques; mais ils difl%rent peu d*un jour à Fautre, surtout depuis que la hauteur du niveau supérieur dans les réservoirs est bien réglée et maintenue à peu près fixe, et que les divers conducteurs des machines et des chaudières ont acquis une expérience suffisante.

Voici, en moyenne, ce que Ton constate :

1800 litres ou kilogrammes d'eau Hesée par coup de piston ;

2^6 de houille brûlée^ par heure et par force de cheval, estimée en eau èUvèe, comprenant^ par conséquent, les pertes de toutes natures atiribuables au moteur et à la pompe I depuis le tube d'aspiration jusqu'aux réservoirs supérieurs.

En prenant la môme base, if est facile de trouver la puissance utile, en chevauxvapeur, développée par la machine, dans Tétat de marche indiqué ci-dessus, où elle donne en moyenne 42S coiips par heure, soit 7,08 par minute.

La hauteur verticale moyenne du niveau de la Seine à celui des réservoirs étant de 50 mètres, on trouve pour cette puissance utile, avec 425 coups par heure :

1800k X 50» X 425 ,,, ^ ■ 3600x75 = *** chevaux-vapeur.

Hais ce résultat est souvent plus élevé, car la machine marche fréquemment à la vitesse de 7,5 coups par minuté, ce qui fait 450 coups par heure. Ensuite^ on a vu que le piston à eau, lorsqu'il effectue sa course complète, engendre 2072 litres an lieu de 1800. En admettant seulement 2000 litres, ou kilogrammes d'eau, on trouve pour cet état de marche :

3600-^^.75 = *86 chevaux-vapeur.

Comparaison des résultats et répartitioit des efforts. -^ Ces machines avaient été établies pour marcher avec une détente prolongée et une haute pression initiale; mais la pratique a démontré que l'emploi de la détente présente des inconvénients graveSj lorsqu'il s'agit de faire mouvoir des masses d'une aussi grande inertie à l'aide d'un mécanisme direct gui ne permet pas l'application d'un volant.

Aujourd'hui, elles fonctionnent, ainsi que nous l'avons déjà indiqué, avec de la vapeur à moyenne pression, et avec une faible détente : leur marche est excessivement régulière.

Il semble du reste assez naturel que par le mode à action directe, sans volant, la pression sur le piston à vapeur ne puisse pas être réduite par la détente jusqu'au point de devenir inférieure à la charge à soulever, à moins de la lancer, en quelque sorte, par l'effet de Texcès de pression, au commencement de la course : c'est justement ce dernier résultat que Ton a voulu évileren supprimant la détente, ou du moins en réduisant beaucoup ^n étendue.

Il est vrai qu'elles consomment plus de combustible que d'autres machines u vapeur à rotation, appliquées dans différents endroits, pour le même service; mais par la simplicité du mécanisme principal et l'absence absolue d'axes tournants.

i02 * MOTEURS A VAPEOR.

on estime que Tentretien de ces machinée est presque nul. Elles promettent de

marclier très-longlomps sans réparations importantes.

Pour établir la comparaison ente© les résultats obtenus et la puissance théoriquement développée par la vapeur, jitfus admettrons d*abord. que la détente soit nulle, et nous adopterons le produit maximum ci-dessus, égal h 186 chevaux, estimé en eau élevée, et correspondant à 7, {( coups par minute.

Le résumé ci-dessus des conditions de marche donne {es valeurs suivantes :

Volume engendré par le piston par coup simple D « 6» « 221

Pression de la vapeur..' p = 3*' 6

Contre-pression ' p' «s O** 46

D'après cela, la formule spéciale (A', t. !•% p. 333) modifiée ainsi, en vue du

simple effet :

donne pour le travail d'un coup double :

T = 6- ' 221 (3,5 — 0,1K) 10333 ^ 215340 kilogrammètres.

Soit, en chevaux-vapeur par 1'^ :

215840x7,5 oieo u '

QQy^-jj^ ^ 3*8 ehevaux-vapeur-

Cette puissance théorique est trop élevée, car noua- démontrons plus loin qu'il y a lieu de tenir compte d'une détente assez sensible.

Nous allons essayer maintenant de donner une idée de la méthode que l'on peut suivre pour fixer la valeur rèellô de Teffort que doit exercer la vapeur, aJSn d'accomplir le travail qu'elle effectue, dans les conditions de'marche établies.

Le jeu du piston de la pompe présente deux phases distinctes : l'aspiration et le refoulement.

Lorsqu'il aspire, l'effort spécialement attribuable à cette action est é^al, comme pour toute autre pompe aspirante, au produit de sa section transversale par la pression qui résulte de la hauteur de colonne d'eau soulevée.

Dans les conditions ordinaires, où cette hauteur est de 5 mètres, du niveau de la Seine au milieu de la hauteur du corps de pompe, cet effort correspond alors, en moyenne, à 0^5 par centimètre carré; la section du piston étant, comme on l'a vu ci-Hlessus, 8658 centimètres carrés, on a pour cet effort total :

8659*^*1 X 0^5 = 4329 kilogrammes.

La vapeur doit donc exercer cet effort sur le piston moteur, plus celui correspondant au poids du plongeur , plus l'effort nécessaire pour vaincre tous les frottements, et mettre en jeu le mécanisme comprenant la pompe à air, les soupapes de distribution , etc.

mâcuinesl a simple EFFJST. lOS

Voyons d'abord comment est composé le poids du piston plongeur, qui constitue la principale résistance à vaincre.

Lorsque le piston de la pompe part de sa position supérieure, il doit refouler, par s^ simple chute, une colonne d*eau d'une même section que la sienne « et d'une hauteur d'environ 45 mètres. Il doit donc être d'un poids équivalent, augmenté de celui du piston à vapeur et du poids nécessaire pour vaincre toutes les résistances passives du mécanisme, qu'il faut mettre tout entier en ipouvement, et enfin du poids capable de vaincre l'inerfiede ces masses, y compris celle de la colonne d'eau , et le poids du clapet de refoulement.

Le poids simple de la colonne d'eau équivaut^ théoriquement, à la section du piston multipliée par une pression de 4^5 par centimètre carré, correspondant à la hauteur de 4S mètres. Mais;en réalité cette pression est plus élevée à cause du frottement de l'eau dans la conduite d'ascension , dont le diamètre est plus faible que celui du piston, et qui possède un développement d'environ 700 mètres. En effet, un manomètre placé au pied de cette colonne indique une demi-atmosphère de plus, soit 8 atmosphères au lieu de 4,5.

Par conséquent la colonne d'eau à refouler offre une résistance égale h :

8659 X 8 » 43295 kilogrammes.

Ajoutant à ce poids 3000 kilogrammes pour équilibrer les pièces situées sur l'autre bras du balancier, et principalement.le piston à vapeur et sa tige, que le piston à eau doit entraîner dans sa chute, le poids, théorique de ce dernier atteint environ 46300 kilogrammes, en nombre rond.

Hais s1l n'avait que juste ce poids, qui n'est que l'équilibre exact des résistances à vaincre, il est clair que cela ne suffirait pas pour déterminer le mouvement, car outre le Jrottement du tourillon du balancier et du piston h eau dans la garniture, il faut un excès de charge capable, par la rupture d'équilibre, de vaincre l'inertie de toutes ces masses, y compris celle de toute la colonne d'eau, en leur communiquant une vitesse déterminée au bout de l'unité de temps.

Or la chuté du piston se produit suivant un mouvement qui, accéléré dans la première partie du chemin parcouru, se ralentit vers la fin en vertu de l'augmentation progressive de résistance delà part de l'eau refoulée; de toute façon, la course qui est, comme on l'a vu^ de 2^39^ au maximum, s'accomplit dans un. peu pins de 3'^ et, poiir cela, il faut que le pistoaait acquîs^ aii bout de la première seconde de chute, une vitesse d'environ ^ mètre par i'\'

Pour que l'ensemble du mécanisme de la machine et de la colonne d'eaA se mette en mouvement, d'accord avec cette vitesse, on trouve, par approximation, que le piston de la pompe doit présenter un excédant de poids de plus 9000 kilogrammes sur l'équilibre général, dans lequel on doit considérer la partie de sa pesanteur contre-balancée par celle de la colonne d'eau, et les diverses pièces du mécanisme attachées au balancier (1).

(i> n y a id mie remarque impertanfe à faire, n ne faudrait pas déduire de ce fait : que le piaton plongeur doit posséder un excédant de. poids capable de vaincre Ilnertie à' chaque descente, que cet etcédarit

104 MOTEURS il YAPKlIft.

Ajoulant cet excédant au poids trouvé cUdessus , on obtient :

46300 + 9000 == 5S300 kilogrammes

pour le poids total du piston à eau , compris la surcharge. ^

Si Ton cube ce piston, d'après ses dimensions et celle de la charge D', on trouve

en effet que ce poids est très-sensiblement égal à S8000 kilogrammes. Si nous retournons au cylindre à vapeur, il devient facile maintenant d'estimer

Tefforl total qu'il doit exercer.

Au poids de 4329 kilogrammes trouvés ci-dessus pour l'effort théorique de

l'aspiration, si nous ajoutons celui du piston , il vient

S5300 + 4329 ^ 59629 kilogrammes.

Mais comme dans le poids du piston à eau se trouve compris celui de l'équipage du piston à vapeur, qui devient moteur pendant la période d'introduction, il s'ensuit que la partie de cet effort afférente à l'action de la vapeur reste égale, environ, à 86600 kilograiâmes.

Lorsque le piston à vapeur descend, et que la vapeur commence h agir, il n'a pas que ce simple effort à surmonter; il doit aussi vaincre Tinertie des masses pesantes et tous les frottements. Comme on peut évaluer à 6000 kilogrammes environ l'excès d'effort qu'il doit faire pour cas diverses résistances ^ savoir : inertie du pIon« gcur cl de la colonne d'eau aspirée ; frottement du plongeur dans son presseétoupe; inertie et frottement du balancier ainsi que du piston à vapeur et sa tige, etc., il en résulte que la vapeur doit exercer sur le pislon, au moment du départ, une pression utile totale d'environ 63000 kilogran^mes; soit, par centimètre carré de la surface de ce piston :

Eu faisant ce dernier calcul on devrait, si toutes les valeurs qui en constituent les éléments étaient rigoureusement exactes, tenir compte de l'inégalité des bras du balancier. Mais leur différence est assez faible pour que nous ayons cru devoir la négliger, d'aut^mt plus que nous ne visons qu'à une approximation.

Lorsque nous avons exposé, plus haut, les conditions théoriques de la marche, on a pu remarquer que la pression effective de la vapeur, estimée d'après le manomèire des chaudières et d'après l'indicateur de vide, est supérieure au chiffre précédent et égale à 3^ 46.

représente une perte correspondante de travail ; car si les masses mobiles absorbent ce que l*on désigne en mécanique par : quantité de mouvement^ pour vaincre leur inertie en passant du repos au mouvement, elles restituent la même quantité d'effet pour passer du monvement au repos; de façon que ces excédants de masse interviennent dans le jeu du mécanisme comme le volant régulateur d*une machine à rotation , qui absorbe dans un moment déterminé une quantité de travail qu*il restitue intégralement dans un autre, moine ^ bien entendu, la résistance due au frottement de son aie, comme dans le cas qui BO«a occupe, cellç du tourillon du «balancier. et de» autres axes frottants.

Mats le chifTre â^47 correspond à l'efToFt moyen et constant qui doit être exercA, tandis que 3^46 exprime la pression maximum que la vapeur est capable de produire. La diiïérence entre ces deux valeurs permet alors de se foire une idée de la ifétente produite. A l'aide des règles spéciales (I. i*'', p. 333) cl de la table (73) relative ftu travail de la détente, on trouve, par l'efTort conslant 2^47 comparé & la pression initiale 3^46, que cette situation correspond à une détente totale 2,!(, soit Ji radmission 4/10, en admettant que cette pression 3^46 se manifeste sans altération sur le piston de la machine.

Hais il est permis de supposer qn'ude partie de cette détente s'effectue déjà entre le cylindre et la chaudière dont le réservoir de Tapeur est évidemment trop faible de volume. En effet, lorsqu'on suit la marche des générateurs et que l'on observe le niveau d'eau, on voit une oscillation, d'environ iS centimètres de hauteur, se manifester & chaque coup de piston de la machine. Cette circonsiance est probablement l'une des causes qui influent le plus sensiblement sur l'excès de consommation du combustible de ces machines, comparativement à d'autres analogues, ainsi que nous en avons dit quelques mots en commençant celle relation.

En soumettant cette opinion aux personnes compétentes, nous exprimons aussi le désir de voir quelquefois appliquer un manomètre sur le cylindre des machines h vapeur : ce serait certainement, dans bien des cas, un précieux moyen .de contrôle et qui lésoudrait souvent bien des difficultés.

Observations. — Nous avons fait observer que, par l'action directe des dcnx pistons, leur course a pour limite la fermeturfe opportune des soupapes de distribution, et, en cas d'urgence, qu'elle se trouverait déterminée par des tampons de sûreté placés aux extrémités du batancier. En marche régulière, ces tampons ne sont pas touchis , ce qui témoigne du jeu exact des soupapes.

Cependant, si l'on comprend l'arrêt des deux pistons lorsque celui moteur arrive au bas de sa course et cesse de recevoir l'action de la vapeur, on peut éprouver de l'hésitation à l'égard de farrét spontané du piston h e:n\. licscoml.int smis l'ij résistible influence de sou propre poids. Néanmoins-ce pislou s'arrôlo très à propos et sans choc, car au fur et à mesure que, par le mouvemiiit urcélijré Un plongeur, l'eau prend de la vitesse dans la conduite d'ascension, la résistiince qu'elle opposiaugmente, et non-seulement arrête l'accélération de la vitesse ilu pis.|ini, mnis finit même par la retarder peu à peu ; avant que le piston n'atteigne le bas de sa course la soupape d'équilibre se ferme, et la compression qui en résulte au-dessus du piston i vapeur achève d'arrêter complètement celui de la pompe.

La réglementation de la soupape d'équilibre est donc d'une très-grande importance, ainsi que celle du clapet d'aspiration, h l'égard duquel nous avons fait connaître les essais tentés pour cmpêchei* les accidents dont il a été la cause, avant les derniers perfectionnements qui lui ont été apportés.